(57)【要約】【課題】アンテナの軸比を補正することにより、アンテナの伝送効率を向上することができる円偏波アンテナ装置を提供する。【解決手段】基盤１２にパッチアンテナ１３、給電電極１５、９０度ハイブリッド回路１８を設け、パッチアンテナ１３の先端部にスタブ１３ｅを設け、スタブ１３ｅの先端に電圧制御型可変コンデンサ２１を設ける。前記９０度ハイブリッド回路１８の第２の角部ｅ２にリード線２２を介して軸比測定部２３を接続する。この軸比測定部２３にリード線２４を介して軸比補正値判定部２５を接続し、軸比補正値判定部２５にリード線２７を介して、電圧制御部２８を接続する。そして、判定された軸比補正値に基づいて電圧制御型可変コンデンサ２１の電圧を調整して、スタブ１３ｅの電気的な長さを調整し、アンテナの軸比を補正する。【選択図】      図１
2006311377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電電極から出力された電流を位相が９０度異なる第１直線偏波用電流と、第２直線偏波用電流に変換するための移相手段と、該移相手段に接続され、かつ前記第１及び第２直線偏波用電流を共振させて円偏波を発生する放射電極とを備えた円偏波アンテナ装置において、
前記円偏波の軸比を測定するための軸比測定手段と、
上記軸比測定手段により測定された軸比に基づいて、前記円偏波の軸比を補正する軸比補正手段と
を備えたことを特徴とする円偏波アンテナ装置。
【請求項２】
請求項１において、前記移相手段は正四角環状の９０度ハイブリッド回路により構成され、該ハイブリッド回路の第１〜第４の角部のうち第１の角部には前記給電電極が接続され、第２の角部には前記軸比測定手段が接続され、該第２の角部から電力、電流及び電圧のいずれか一つの軸比測定に必要な要素を前記軸比測定手段により検出するように構成したことを特徴とする円偏波アンテナ装置。
【請求項３】
請求項２において、前記軸比補正手段は、前記放射電極に設けられ、かつ軸比を補正する軸比補正部と、前記一つの要素と軸比補正値とを関連付けてデータベースとして予め記憶するための要素・軸比補正値記憶手段と、該記憶手段から測定された要素に対応する軸比補正値を前記データベースのなかから判定する軸比補正値判定部とを備え、該判定部により判定された軸比補正値に基づいて前記軸比補正部を制御するように構成されていることを特徴とする円偏波アンテナ装置。
【請求項４】
請求項３において、前記放射電極は、パッチアンテナであって、その外周縁にはスタブが設けられ、該スタブの先端には前記軸比補正部としての電圧制御型可変コンデンサが設けられ、該コンデンサの電圧を前記軸比補正値に応じて調整するように構成されていることを特徴とする円偏波アンテナ装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、前記給電電極、移相手段及び放射電極は、外部から入射する円偏波を受信する機能を兼用していることを特徴とする円偏波アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナの軸比を補正することができる円偏波アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電波は、電界及び磁界が特定の方向を向いており、このような性質は偏波と呼ばれる。一定の面内にあって変化しない場合を、直線偏波と呼び、電界が大地に垂直な場合を垂直偏波、水平な場合を水平偏波という。等しい強さの水平偏波と垂直偏波が９０度の位相差で合成されると、図３及び図４に示すように電界ベクトルＶが回転する円偏波Ｗとなる。円偏波Ｗには、電界ベクトルＶの回転方向によって、右旋円偏波と左旋円偏波がある。図３は円偏波Ｗの進行方向に関して下流側から見た場合に図４に示すように電界ベクトルＶの回転方向が反時計周りで左旋円偏波となっている。垂直偏波と水平偏波を等しい強さにすることや両者の位相差を、正確に９０度にすることは難しいため、実際には円偏波Ｗではなく、図４に二点鎖線で示すように楕円偏波Ｗ´となる。
【０００３】
又、右旋円偏波を放射する円偏波アンテナ装置では、右旋円偏波のみを送信して、左旋円偏波を送信しないことが理想であるが、現実のアンテナ装置では、左旋円偏波成分をもつために、両者が合成されて、楕円偏波が送信されることもある。
【０００４】
上述の楕円偏波Ｗ´に関する特性を表す量がアンテナの軸比ｒである。これは、楕円偏波Ｗ´の短軸に対する長軸の比を表すもので、次式で与えられる。
ｒ＝（ＥＲ＋ＥＬ）／（ＥＲ−ＥＬ）
ここで、ＥＲ：右旋円偏波成分の振幅
ＥＬ：左旋円偏波成分の振幅  
上式の分子は、楕円偏波Ｗ´の長軸の長さ、分母は短軸の長さを表す。なお、完全な右旋円偏波の場合にはアンテナの軸比は１となり、両円偏波成分が等しく直線偏波になる場合には、軸比が無限大となる。
【０００５】
ところで、従来の円偏波アンテナとして、特許文献１に開示されたものが提案されている。このアンテナは、誘電体又は磁性体よりなる平板状の基体の表面に矩形の放射電極を形成するとともに、この放射電極にギャップを介して一端が開放されたマイクロストリップ状の給電電極を形成し、基体の裏面にグランド電極を形成している。そして、前記放射電極と給電電極をギャップを介して電磁界的に結合することにより、信号分配器や９０度移相器を不要とし、共振周波数の調整と軸比及びインピーダンス整合の調整をほぼ独立して行うようになっている。（特許文献１の明細書の段落番号「００１８」及び図１参照）
【特許文献１】特開平１１−７４７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記従来の円偏波アンテナは、自動車のフロントガラス或いはインナーミラーのガラス等の誘電体の付近に設置されたときに、前述したアンテナの軸比が悪化して、送信時に伝送効率が低下するという問題があった。
【０００７】
又、電波を受信する際に受信電波の軸比と、アンテナの受信電波到来方向での軸比が比例の関係ではない場合に、やはり伝送効率が低下するという問題があった。
本発明は、上記従来の技術に存する問題点を解消して、アンテナの軸比を補正することにより、アンテナの伝送効率を向上することができる円偏波アンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、給電電極から出力された電流を位相が９０度異なる第１直線偏波用電流と、第２直線偏波用電流に変換するための移相手段と、該移相手段に接続され、かつ前記第１及び第２直線偏波用電流を共振させて円偏波を発生する放射電極とを備えた円偏波アンテナ装置において、前記円偏波の軸比を測定するための軸比測定手段と、上記軸比測定手段により測定された軸比に基づいて、前記円偏波の軸比を補正する軸比補正手段とを備えたことを要旨とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記移相手段は正四角環状の９０度ハイブリッド回路により構成され、該ハイブリッド回路の第１〜第４の角部のうち第１の角部には前記給電電極が接続され、第２の角部には前記軸比測定手段が接続され、該第２の角部から電力、電流及び電圧のいずれか一つの軸比測定に必要な要素を前記軸比測定手段により検出するように構成したことを要旨とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記軸比補正手段は、前記放射電極に設けられ、かつ軸比を補正する軸比補正部と、前記一つの要素と軸比補正値とを関連付けてデータベースとして予め記憶するための要素・軸比補正値記憶手段と、該記憶手段から測定された要素に対応する軸比補正値を前記データベースのなかから判定する軸比補正値判定部とを備え、該判定部により判定された軸比補正値に基づいて前記軸比補正部を制御するように構成されていることを要旨とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項３において、前記放射電極は、パッチアンテナであって、その外周縁にはスタブが設けられ、該スタブの先端には前記軸比補正部としての電圧制御型可変コンデンサが設けられ、該コンデンサの電圧を前記軸比補正値に応じて調整するように構成されていることを要旨とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項において、前記給電電極、移相手段及び放射電極は、外部から入射する円偏波を受信する機能を兼用していることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、軸比測定手段によって、アンテナの軸比が測定され、この測定された軸比に基づいて、アンテナの軸比が軸比補正手段によって補正されるので、電波の送信時にアンテナの伝送効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を具体化した円偏波アンテナ装置の一実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。
図２に示すように、円偏波アンテナ装置１１を構成する誘電体からなる平板状の基盤１２の上面には、図１に示すようにほぼ平面正方形の放射電極としてのパッチアンテナ１３が形成され、基盤１２の下面のほぼ全面にグランド電極１４が形成されている。前記基盤１２の上面には、給電手段としての平板状の給電電極１５が形成され、信号源１６から信号が入力されるようになっている。この給電電極１５には、リード線１７を介して、移相手段としての９０度ハイブリッド回路１８が接続されている。この９０度ハイブリッド回路１８は、基盤１２に対して、例えば銅等の導電性の材料により正四角環状に形成され、直線状をなす第１〜第４導電線１８ａ〜１８ｄにより構成されている。又、９０度ハイブリッド回路１８の第１〜第４の角部ｅ１，ｅ２，ｅ３，ｅ４のうち、第１の角部ｅ１には、前記リード線１７が接続されている。第３及び第４の角部ｅ３，ｅ４には、リード線１９，２０の一端が接続され、両リード線１９，２０の他端は、前記パッチアンテナ１３の第１〜第４辺縁１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄのうち第１辺縁１３ａ及び第２辺縁１３ｂの中央に接続されている。
【００１５】
前記パッチアンテナ１３の第３辺縁１３ｃ及び第４辺縁１３ｄの交差する角部には、スタブ１３ｅが一体に接続されている。このスタブ１３ｅも前記基盤１２上面に形成されている。このスタブ１３ｅの長さ寸法を調整することによりアンテナ装置の製造行程の最終段階において、アンテナの軸比を最小に調整することができるようになっている。
【００１６】
以上の構成は、従来公知の円偏波アンテナ装置の構成と同様のものである。
次に、この発明の要部構成について説明する。なお、アンテナの軸比ｒについては、背景の技術で説明したものを援用する。
【００１７】
前記スタブ１３ｅの先端部には、軸比補正部としての電圧制御型可変コンデンサ２１が接続されている。この電圧制御型可変コンデンサ２１に印加される電圧が制御されることにより、前記スタブ１３ｅの電気的な長さが調整され、これによってアンテナ装置を例えば自動車等に装着した使用状態において、アンテナの軸比を補正することができるようにしている。
【００１８】
前記９０度ハイブリッド回路１８の第２の角部ｅ２には、リード線２２を介して、軸比測定手段としての軸比測定部２３が接続されている。この軸比測定部２３によって、第２の角部ｅ２からリード線２２を介して軸比に比例する測定のための要素としての電力、電流又は電圧のいずれか一つの要素（この実施形態では電力）の検出が行われ、この要素に基づいて、実際のアンテナの軸比の測定が行われる。即ち、軸比ｒが最小の「１」の場合には、電力が検出されないので、軸比は適正と判断される。もし、軸比が「１」よりも大きい場合には、電力が零よりも大きくなるので、その大きさに比例した軸比を測定することが可能である。
【００１９】
前記軸比測定部２３には、リード線２４を介して軸比補正値判定部２５が接続されている。この軸比補正値判定部２５には、要素・軸比補正値記憶手段としての電力・軸比補正値記憶部２６が備えられている。この電力・軸比補正値記憶部２６には、複数段階に予め設定された電力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３・・・Ｐｎと、それらに対応する適正な軸比ｒの補正値ｒ１，ｒ２，ｒ３・・・ｒｎとが関連付けされてデータベースとして記憶されている。このデータベースは、例えば、Ｐ１−ｒ１、Ｐ２−ｒ２、Ｐ３−ｒ３・・・Ｐｎ−ｒｎというようにリスト化されている。
【００２０】
前記軸比補正値判定部２５は、リード線２７を介して、前記電圧制御型可変コンデンサ２１に接続され、軸比補正値判定部２５から軸比を補正するための制御信号が電圧制御型可変コンデンサ２１の電圧制御部２８に入力されるようになっている。
【００２１】
この実施形態では、前記電圧制御型可変コンデンサ２１、軸比補正値判定部２５、電力・軸比補正値記憶部２６及び電圧制御部２８によって、アンテナの軸比ｒを補正する軸比補正手段を構成している。
【００２２】
次に、前記のように構成した円偏波アンテナ装置１１の動作について説明する。
前記円偏波アンテナ装置１１の基盤１２は、自動車のフロントガラス付近の天井パネルに装着され、例えば自動料金徴収システムの基地局（図示略）との間において情報の交信に用いられる。
【００２３】
前記信号源１６から信号が給電電極１５に入力され、この給電電極１５からリード線１７を介して９０度ハイブリッド回路１８に信号を含んだ電流の供給が行われると、９０度ハイブリッド回路１８の第１導電線１８ａから、リード線１９を介してパッチアンテナ１３の第１辺縁１３ａに電流が供給される。一方、第１の角部ｅ１から第２及び第３導電線１８ｂ，１８ｃ及びリード線２０を通して、前記パッチアンテナ１３の第２辺縁１３ｂにも電流が供給される。このように前記給電電極１５からリード線１７を介して９０度ハイブリッド回路１８に出力された電流は、該回路１８によって、位相差が９０度の第１直線偏波用電流と、第２直線偏波用電流とに分流される。そして、この二つの電流がパッチアンテナ１３により共振されて、それぞれ放射される電波も、その向きが直交し、位相が９０度異なる二つの直線偏波となり、重ね合わされて円偏波の電波となり、主としてパッチアンテナ１３の法線方向に放射される。この円偏波は自動料金徴収システムの基地局（図示略）に向かって出力され、基地局に自動車の各種の情報が伝送される。
【００２４】
ところで、アンテナ装置１１の基盤１２が自動車のガラス等の誘電体付近に設置されていて、アンテナの軸比が悪化し、軸比ｒが「１」よりも大きい場合には、前記リード線２２から軸比測定部２３に電力が供給される。この電力は軸比測定部２３によって測定され、この測定された電力がリード線２４を介して軸比補正値判定部２５に伝達され、この軸比補正値判定部２５によって、測定された例えば電力Ｐ３に対応する適正な軸比の補正値ｒ３が電力・軸比補正値記憶部２６のデータベースのなかから選択され、この軸比の補正値ｒ３の信号がリード線２７によって電圧制御部２８に供給され、電圧制御型可変コンデンサ２１の電圧が調整される。これにより、前記スタブ１３ｅの電気的な長さが調整されて、アンテナの軸比が適正値に補正される。この結果、信号の送信時における伝送効率が向上する。
【００２５】
上述の動作は、円偏波アンテナ装置１１の送信時の動作であるが、例えば自動料金徴収システムの基地局（図示略）から出力された電波（円偏波）をパッチアンテナ１３が受信する場合には、以下の動作となる。即ち、基地局からの電波が元々楕円偏波であったり、円偏波であっても円偏波アンテナ装置１１の周囲のガラス等の誘電体によりパッチアンテナ１３が受信電波を楕円偏波として受信した場合には、前述した送信時と逆の動作により９０度ハイブリッド回路１８から受電電極として機能する給電電極１５に電流が流れる過程で、前記第２の角部ｅ２からリード線２２を通して一部の電力が軸比測定部２３に供給される。このため、軸比測定部２３によって軸比が測定され、これに基づいて前述したように電圧制御型可変コンデンサ２１の電圧が補正されて、軸比が受信に適した軸比に補正され、信号の受信時における伝送効率が向上する。
【００２６】
上記実施形態の円偏波アンテナ装置によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、軸比測定部２３によって、アンテナの軸比を測定し、この測定された軸比に基づいて、軸比補正値判定部２５によってアンテナの軸比補正値を判定し、この補正値に基づいて電圧制御型可変コンデンサ２１の電圧を調整して、アンテナの軸比を補正するようにした。このため、自動車のガラス等の誘電体付近に円偏波アンテナ装置１１の基盤１２が設置されて、アンテナの軸比が悪化し、軸比ｒが「１」よりも大きい場合にも、それを適正値に補正して、電波の送信時或いは受信時のアンテナの伝送効率を向上することができる。
【００２７】
（２）上記実施形態では、移相手段として９０度ハイブリッド回路１８を使用し、その第２の角部ｅ２に発生する電力、電圧又は電流のうちの一つの要素である電力を測定することにより軸比を測定するようにしたので、移相手段及び軸比測定手段の構成を簡素化して、コストを低減することができる。
【００２８】
（３）上記実施形態では、スタブ１３ｅに軸比補正部としての電圧制御型可変コンデンサを装着したので、軸比補正部の製造を容易に行い、コストを低減することができる。
（４）上記実施形態では、電力・軸比補正値記憶部２６に測定要素としての電力と、軸比補正値とを関連付けてデータベースとして予め記憶し、このデータベースのなかから測定された電力に対応する軸比補正値を選択し、これに基づいてアンテナの軸比を補正するようにしたので、軸比補正値の選択を迅速に行い、軸比を迅速に補正することができる。
【００２９】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○軸比補正部としての前記電圧制御型可変コンデンサ２１に代えて、例えば、コイルを用いた可変型リアクタンス素子回路或いはコンデンサとコイルを用いた可変複合型リアクタンス素子回路を用いて、スタブ１３ｅの電気的な長さを調整し、アンテナの軸比を補正するようにしてもよい。
【００３０】
○スタブ１３ｅを複数箇所に設け、これらのスタブ１３ｅにそれぞれ軸比補正部を設けてもよい。
○移相手段として前記９０度ハイブリッド回路１８に代えて、他の９０度移相器を用いてもよい。  
【００３１】
○前記放射電極として、パッチアンテナ１３に代えて、例えば、クロスダイポールアンテナ等の他のアンテナを用いてもよい。
○前記軸比測定部２３によって、電力以外に、電圧或いは電流を検出することにより、軸比を測定するようにしてもよい。
【００３２】
○軸比補正値判定部２５を、電力・軸比補正値記憶部２６をもたない受動回路、能動回路により構成してもよい。
○前記軸比補正値判定部２５に代えて、検出された軸比に基づいて、一般的な電気回路を用いて計算式によって、適正な軸比補正値を演算するようにしてもよい。
【００３３】
○自動車以外の他の装置、機器或いは移動体のアンテナ装置として用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の円偏波アンテナ装置を示す略体平面図。
【図２】円偏波アンテナ装置の側面図。
【図３】円偏波を説明するための斜視図。
【図４】円偏波を進行方向からみた線図。
【符号の説明】
【００３５】
ｒ…軸比、ｅ１〜ｅ４…第１〜第４の角部、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…電力、１１…円偏波アンテナ装置、１３…パッチアンテナ、１３ｅ…スタブ、１５…給電電極、１８…移相手段としての９０度ハイブリッド回路、２１…軸比補正部としての電圧制御型可変コンデンサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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